LIN Kai-si;XING Bing-suo
【摘 要】室内环境监测是基于物联网智能家居的重要组成,所以设计了利用STM32单片机和WIFI技术的使用智能终端实时监测室内环境信息的监测系统.智能终端可在局域网内或利用互联网远程监测室内环境,包括PM2.5、甲醛、温湿度等信息.最后通过系统测试,实现了相应监测功能. 【期刊名称】《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2019(035)005 【总页数】4页(P20-23)
【关键词】环境监测;WIFI技术;STM32单片机;智能终端 【作 者】LIN Kai-si;XING Bing-suo 【作者单位】 【正文语种】中 文
【中图分类】TP274;TN926+.24
室内空气质量的好坏对人体健康的影响非常重要，随着生活水平的不断提高，人们对室内空气的质量越发重视，特别是对室内有毒有害气体的监测更是受到关注[1-3]，比如，房屋装修带来的甲醛污染，厨房燃气可能泄露带来的爆炸风险等。除此之外，人们还关注室内的温度、湿度、烟雾以及PM2.5等环境信息。随着智能手机等移动终端的信息实时处理能力的不断提升，通过手机等智能终端实时查询室内环境信息数据成为一种发展趋势[4]。因为室内环境信息的监测是物联网智能家居
中的重要组成部分，而物联网技术发展迅速。
本文设计了一种利用STM32单片机和WIFI技术的使用智能手机等移动终端对室内环境信息进行实时监测的系统，具有室内局域网和利用互联网进行远程监测的功能。本系统可以通过手机等智能终端在有Internet网络的地方实时监测室内环境数据。最后通过系统测试，该系统使用方便，且各功能易于实现，具有一定的应用价值。
本系统采用STM32F103ZET6为控制核心，使用DHT11温湿度传感器采集室内温湿度，对甲醛的检测选用 DS-HCHO传感器[5]，该传感器以数字信号输出。使用AS-AQM101[5]传感器模块检测PM2.5，获得空气中PM2.5的含量信息，该传感器也是以数字信号输出；使用MQ-2检测烟雾[6]。STM32单片机对传感器检测的各种环境信息进行分析和处理，并通过串口将信息发送给WIFI模块，选择不同的WIFI工作模式，使用智能手机等智能终端随时查看室内环境信息。系统总体框图如图1所示，局域网内WIFI模块选用WIFI AP模式，Internet网络监测中选用以太网模式。
系统主控芯片采用STM32F103ZET6单片机[7]，它是以ARM的32位Cortex-M3为内核的高性能处理器，CPU最高工作频率为72MHz，具有512kB Flash, 64kB SRAM。该芯片片上集成各种外设，片上外设资源非常丰富，使用USART1串口引脚PA9和PA10连接WIFI模块，实现单片机与WIFI模块的通信。系统用PC5引脚与WIFI模块的ES/RST引脚连接，来控制WIFI模块复位和退出透传模式。
WIFI模块使用WF-HLK-RM0模块，该模块是野火设计的一款高性能 UART-ETH-WIFI（串口-以太网-无线网）模块。WF-HLK-RM0模块板载Hi-Link公司的已通过FCC，CE认证的HLK-RM04模块。WF-HLK-RM04 模块具有 4 种工作模式：路由器模式（默认模式）、以太网模式、WIFI STA模式、 WIFI AP模式。
本系统在室内局域网内使用WIFI AP模式，在互联网远程监测中使用以太网模式，通过两种模式切换实现局域网和互联网的监测切换。
温湿度传感器DHT11通过一条数据线与STM32连接，完成数据的通信。DS-HCHO是一款高度集成、高精度、高稳定性的数字输出式甲醛传感器，采用电化学方法实现检测各应用场景的甲醛含量，具有测量精确、体积小、使用方便等特点，家居和工业均可使用。通过串口与STM32进行数据通信，其串口连接STM32上的USART2串口引脚PA2,PA3端口。AS-AQM101传感器模块即可使用IIC与单片机连接也可通过TTL串口与单片机连接，本系统中AS-AQM101采用TTL串口与STM32上USART3串口PB10,PB11连接。为使用方便MQ-2采用MQ-2模块，模块由4个引脚，除VCC和GND外，就是模拟量输出信号，信号电压范围为0~5V，还有一个就数字量输出，输出高低电平。本系统中MQ-2主要检查是否有烟雾，所以将数字量输出直接连接单片机IO口，高低电平表示有无烟雾。单片机与DHT11和DS-HCHO连接电路如图2所示，AS-AQM101与单片机连接电路与DS-HCHO类似。
单片机通过各种传感器对温湿度、甲醛、PM2.5和烟雾等进行采集。对温湿度采集的DHT11和对烟雾采集的MQ-2通过都是通过一个IO口和单片机连接，而检测甲醛和PM2.5都是通过串口和单片机连接。DHT11通过单总线与单片机连接，根据总线协议读取温湿度信息。甲醛和PM2.5是通过串口与单片机通信，只有配置好串口，就可直接读取传感器采集的数据。程序流程图如图3所示。
单片机与WF-HLK-RM0模块采用串口进行通信，单片机通过串口向WIFI模块发送AT指令配置串口--网络参数，配置的网络参数包括模块选择哪种模式、模块的IP、模块的网络协议，模块对外连接的是服务器还是客户端，以及模块的串口信息等等。
WIFI模块的配置参数使用结构体定义，通过宏定义选择工作模式，结构体部分代
码如下：
STRUCT_Net_ConfigTypeDef Net_Test_ConfigStructure = { #if NET_MODE_TEST == 1 //以太网模式测试 \"at+netmode=1\
\"at+dhcpc=0\关闭 DHCP 客户端
\"at+net_ip=192.168.0.254,255.255.255.0,192.168.11.1\设置的本地 IP,子网掩码，网关
\"at+net_dns=192.168.0.1,0.0.0.0\设置的本地主要 DNS，备用 DNS \"at+remotepro=tcp\协议 \"at+mode=server\服务器 ……
#elif NET_MODE_TEST == 2 //无线 AP 模式 …… #else #endif };
单片机与WIFI模块的通信程序流程图如图4所示。
在局域网内，WIFI模块采用无线AP模式。在程序中已经将WIFI模块设为了服务器端，本次测试使用华为荣耀9智能手机为测试智能终端。手机客户端使用手机网络调试助手，调试前，手机先连接到WIFI模块，然后打开调试助手选择为客户端，增加连接，输入模块的IP和端口号，实现手机客户端和WIFI模块的连接，此时手机便不断接收到单片机通过WIFI模块发送过来的传感器采集信息。为了实现在外网访问，需要对WIFI模块和家用路由器进行设置，以路由器为“中介”实现外网访问。
步骤1：设置转发规则，通过IP地址192.168.0.1登陆到路由器管理界面，添加1
个转发规则端口，端口为8080，转发目标为WIFI模块，其IP地址为192.168.0.254；
步骤2：通过路由器WAN口状况，查看公网IP，本次测试公网IP为：100.3.0.12；
步骤3：设置WIFI模块为以太网模式。
设置好路由器，手机接入互联网，打开手机网络调试助手，增加连接，输入公网IP: 100.3.0.12和端口号，此时手机端不断接收到单片机发送的采集信息。测试中，手机终端接收到的数据如图5和图6所示。
室内环境监测是物联网智能家居的重要组成部分，本文利用STM32单片机和WIFI技术设计了室内环境监测系统，可以通过智能终端在局域网或有互联网连接场合对室内环境进行实时监测。监测的物理量有温湿度、PM2.5、烟雾和甲醛等，这些量通过相应传感器获得，单片机将采集的信息通过串口发送给WIFI模块，智能终端通过网络调试助手添加模块IP与WIFI模块连接，实时收到模块发送的采集信息。该系统最后通过测试，实现了相关功能，且系统结构简单，使用方便。
【相关文献】
[1] 王慧林.基于无线传输的室内不境监测系统的谈计[D].兰州：西北师范大学，2015
[2] 卢俊杰，陈友荣，张磊，等.基于无线传感网的室内环境监测系统设计[J].浙江树人大学学报，2016,16(04):1-5
[3] 甘艳芳.智能家居环境数据监测系统的研究[D].杭州：杭州电子科技大学，2017
[4] 徐文，村孟文，曾丽.基于STM32与WiFi无线通讯技术的远程监控系统设计[J].自动化与仪表，2016,31(11):35-38
[5] 郭联金，虞晓琼，王国胜，等.室内空气质量监测系统的设计与实现[J].微型机与应用，2016,35(18):99-102
[6] 张玉莲.传感器与自动检测技术[M].北京：机械工业出版社，2013:181-185 [7] 刘火良，杨森. STM32库开发实战指南[M].北京：机械工业出版社，2013
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容